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Häme Stoffgruppe Häm ist eine Weiterleitung auf diesen Artikel Für den griechischen Wortstamm Häm siehe Liste griechisch

Häme (Stoffgruppe)

Häme (von altgriechisch αἷμα haima ‚Blut‘) sind Komplexverbindungen mit einem Eisen-Ion als Zentralatom und einem Porphyrin-Molekül als Ligand. Der bekannteste Vertreter ist das Fe-Protoporphyrin IX, auch Häm b oder einfach Häm genannt. Häme finden sich als prosthetische Gruppe in verschiedenen Gruppen von Proteinen, unter anderem den Globinen und den Cytochromen.

Bindung von Sauerstoff an eine prosthetische Häm-Gruppe.

Das für die Stoffgruppe namensgebende Häm b ist als eisenhaltiger Farbstoff in roten Blutkörperchen enthalten. Eingebaut in das Protein von Globin-Ketten bildet es Hämoglobin, das in den Erythrozyten für die Sauerstoffaufnahme des Körpers eine zentrale Rolle spielt. Andere Häme als Häm b sind in Bakterien und Pflanzen anzutreffen.

Mitglieder Bearbeiten

Häme sind eisenhaltige Porphyrinkomplexe. Die Häme im engeren Sinn unterscheiden sich zunächst in den funktionellen Gruppen, die an das Porphyringerüst gebunden sind.

Name Grundstruktur R3 R8 R18 Vorkommen
Häm a Hydroxyfarnesyl –CH=CH2 –CH=O Cytochrom-c-Oxidase
Häm b –CH=CH2 –CH=CH2 –CH3 Hämoglobin, Myoglobin, Katalase, Succinat-Dehydrogenase, Cytochrom-c-Reduktase, Cyclooxygenase, Cytochrom P450
Häm c –CH(CH3)SH –CH(CH3)SH –CH3 Cytochrom c, Cytochrom cd1
Häm o Hydroxyfarnesyl –CH=CH2 –CH3 (Zwischenprodukt)
Häm s –CHO –CH=CH2 –CH3 Chlorocruorin

Während Häm c kovalent an die Thiolgruppen von Cysteinresten im Protein gebunden ist, ist dies bei Häm a und b auf nicht-kovalente Weise der Fall. Ansonsten unterscheiden sich Häm b und c nicht. Durch Austauschen von bestimmten Aminosäuren mit Cystein im gebundenen Protein können b/c-Mischformen erzeugt werden, die unterschiedliche Eigenschaften haben.

Weitere zu den Hämen zählende Verbindungen sind

Physiologie Bearbeiten

Häme werden in Lebewesen aus den Porphyrinen synthetisiert. Die Abbauwege führen dagegen über Biliverdin und Bilirubin zu nicht weiter abbaubaren Tetrapyrrolen, den Gallenfarbstoffen, die ausgeschieden werden.

Biosynthese Bearbeiten

Im menschlichen Körper geht die Biosynthese aller Porphyrine von Succinyl-CoA und der Aminosäure Glycin aus. Der erste und gleichzeitig geschwindigkeitsbestimmende Schritt wird katalysiert durch das Enzym δ-Aminolävulinatsynthase und führt zum δ-Aminolävulinat. Pflanzen, Algen, Bakterien (mit Ausnahme der Alphaproteobacterien) sowie Archaebakterien können δ-Aminolävulinat auch ausgehend von Glutaminsäure herstellen, was als C5- bzw. Beale-Weg bezeichnet wird. Je zwei δ-Aminolävulinat-Moleküle werden zum Porphobilinogen kondensiert, vier dieser Moleküle werden darauffolgend zu Hydroxymethylbilan umgesetzt. Weitere Umwandlungen erfolgen schrittweise über Uroporphyrinogen III und Coproporphyrinogen III zu Protoporphyrinogen IX und Protoporphyrin IX.

Häm b entsteht durch Einbau von zweiwertigem Eisen in Protoporphyrin IX mithilfe des Enzyms Ferrochelatase.

+ Fe2+ ⇔ + 2H+

Häm a als Bestandteil der Cytochrom c-Oxidase wird beim Menschen in zwei Schritten aus Häm b erzeugt. Mittels der mitochondriellen Protohäm-IX-Farnesyltransferase (COX10) entsteht zunächst Häm o, das mittels eines weiteren Enzyms namens COX15 an der 18-Position hydroxyliert wird; als Cofaktoren sind Ferredoxin und die entsprechende Ferredoxin-Reduktase notwendig. Der letzte Schritt der Umwandlung zum Aldehyd wird von einem im Mensch unbekannten Enzym katalysiert, das in Bacillus subtilis als das Genprodukt des ctaA-Gens identifiziert wurde.

⇒ ⇒ ⇒

Abbau und Ausscheidung Bearbeiten

Das Eisenion kann oxidieren, wodurch Hämatin entsteht, z. B. im Methämoglobin oder im Methämalbumin.

Die Abbauprodukte des Häms heißen Gallenfarbstoffe. Die Hämooxygenase wandelt das rote Häm noch im Blut unter Sprengung des Porphyrinrings und unter Eisen- und Kohlenmonoxidabspaltung zum grünen Biliverdin um. Galle besitzt eine typische gelbliche bis grünliche Färbung, abhängig vom wechselnden Gehalt an Biliverdin und orange-rotem Bilirubin; letzteres wird von der Biliverdin-Reduktase durch Reduktion aus Biliverdin hergestellt. Ausgeschieden werden die Gallenfarbstoffe vorwiegend mit dem Urin (als gelbe bis orange Urochrome Sterkobilin, Urobilinogen und Urobilin) bzw. mit dem Kot (als Koprochrome ebenfalls Sterkobilin, Bilifuscin und Mesobilifuscin).

Abbau von Häm b (kurz: Häm) (links) über Biliverdin (Mitte) zu Bilirubin (rechts).

Auch weitere Abbauprodukte des Bilirubins wie das farblose Sterkobilinogen (das durch Darmbakterien zu den braunen Dipyrrolen Mesobilifuchsin und Bilifuchsin umgesetzt wird) tragen zur normalen Stuhlfarbe bei. Teilweise werden Bilirubinabbauprodukte wieder resorbiert und mit dem Urin ausgeschieden.

Pathologie Bearbeiten

Jedes der bei der Biosynthese und beim Abbau beteiligten Enzyme kann einen Defekt aufweisen, was zu jeweils einer typischen erblichen (seltenen) Stoffwechselstörung führt. Die bei der Porphyrinbiosynthese auftretenden Defekte wie auch der Ferrochelatase-Mangel werden unter dem Namen Porphyrie zusammengefasst. Defekte bei der Häm-a-Synthese, also COX-10- und COX-15-Mangel führen dagegen zum Leigh-Syndrom.

Siehe auch Bearbeiten

Literatur Bearbeiten

  • Ivano Bertini: Biological inorganic chemistry: structure and reactivity University Science Books, 2007, ISBN 978-1-891389-43-6.
  • P. M. Jordan: Highlights in haem biosynthesis. In: Curr. Opin. Struct. Biol. Bd. 4, 1994, S. 902–911. PMID 7712294.
  • H. Panek, M. R. O’Brian: A whole genome view of prokaryotic haem biosynthesis. In: Microbiology. Bd. 148, 2002, S. 2273–2282. PMID 12177321.
  • Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer: Biochemie. 5. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2003, ISBN 3-8274-1303-6.

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. A. Pallavicini, E. Negrisolo, R. Barbato u. a.: The primary structure of globin and linker chains from the chlorocruorin of the polychaete Sabella spallanzanii. In: J. Biol. Chem. Band 276, Nr. 28, Juli 2001, S. 26384–26390, doi:10.1074/jbc.M006939200, PMID 11294828.
  2. M. Bugiani, V. Tiranti, L. Farina, G. Uziel, M. Zeviani: Novel mutations in COX15 in a long surviving Leigh syndrome patient with cytochrome c oxidase deficiency. In: J. Med. Genet. Band 42, Nr. 5, Mai 2005, S. e28, doi:10.1136/jmg.2004.029926, PMID 15863660, PMC 1736058 (freier Volltext).
  3. A. L. Sonenshein, James A. Hoch, Richard Losick: Bacillus subtilis and its closest relatives. ASM Press, 2002, ISBN 1-55581-205-8, S. 174.
  4. M. H. Barros, F. G. Nobrega, A. Tzagoloff: Mitochondrial ferredoxin is required for heme A synthesis in Saccharomyces cerevisiae. In: J. Biol. Chem. Band 277, Nr. 12, März 2002, S. 9997–10002, doi:10.1074/jbc.M112025200, PMID 11788607.
  5. F. Fontanesi, I. C. Soto, D. Horn, A. Barrientos: Assembly of mitochondrial cytochrome c-oxidase, a complicated and highly regulated cellular process. In: Am. J. Physiol., Cell Physiol. Band 291, Nr. 6, Dezember 2006, S. C1129–C1147, doi:10.1152/ajpcell.00233.2006, PMID 16760263 (physiology.org).
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Ham ist eine Weiterleitung auf diesen Artikel Fur den griechischen Wortstamm Ham siehe Liste griechischer Wortstamme in deutschen Fremdwortern haem Hame von altgriechisch aἷma haima Blut sind Komplexverbindungen mit einem Eisen Ion als Zentralatom und einem Porphyrin Molekul als Ligand Der bekannteste Vertreter ist das Fe Protoporphyrin IX auch Ham b oder einfach Ham genannt Hame finden sich als prosthetische Gruppe in verschiedenen Gruppen von Proteinen unter anderem den Globinen und den Cytochromen Bindung von Sauerstoff an eine prosthetische Ham Gruppe Das fur die Stoffgruppe namensgebende Ham b ist als eisenhaltiger Farbstoff in roten Blutkorperchen enthalten Eingebaut in das Protein von Globin Ketten bildet es Hamoglobin das in den Erythrozyten fur die Sauerstoffaufnahme des Korpers eine zentrale Rolle spielt Andere Hame als Ham b sind in Bakterien und Pflanzen anzutreffen Inhaltsverzeichnis 1 Mitglieder 2 Physiologie 2 1 Biosynthese 2 2 Abbau und Ausscheidung 3 Pathologie 4 Siehe auch 5 Literatur 6 Weblinks 7 EinzelnachweiseMitglieder BearbeitenHame sind eisenhaltige Porphyrinkomplexe Die Hame im engeren Sinn unterscheiden sich zunachst in den funktionellen Gruppen die an das Porphyringerust gebunden sind Name Grundstruktur R3 R8 R18 VorkommenHam a nbsp Hydroxyfarnesyl CH CH2 CH O Cytochrom c OxidaseHam b CH CH2 CH CH2 CH3 Hamoglobin Myoglobin Katalase Succinat Dehydrogenase Cytochrom c Reduktase Cyclooxygenase Cytochrom P450Ham c CH CH3 SH CH CH3 SH CH3 Cytochrom c Cytochrom cd1Ham o Hydroxyfarnesyl CH CH2 CH3 Zwischenprodukt Ham s CHO CH CH2 CH3 Chlorocruorin 1 Wahrend Ham c kovalent an die Thiolgruppen von Cysteinresten im Protein gebunden ist ist dies bei Ham a und b auf nicht kovalente Weise der Fall Ansonsten unterscheiden sich Ham b und c nicht Durch Austauschen von bestimmten Aminosauren mit Cystein im gebundenen Protein konnen b c Mischformen erzeugt werden die unterschiedliche Eigenschaften haben Weitere zu den Hamen zahlende Verbindungen sind Ham d Ham d1 die prosthetische Gruppe von Cytochrom cd1 einer bakteriellen Nitritreduktase EC 1 7 2 1 Ham P460 die prosthetische Gruppe der Hydroxylamin Oxidoreduktase in Nitrosomonas europaea EC 1 7 3 4 Siroham die prosthetische Gruppe der Ferredoxin Nitritreduktase in Pflanzen Algen und Cyanobakterien EC 1 7 7 1 sowie der bakteriellen und pflanzlichen Sulfitreduktasen EC 1 8 1 2 und EC 1 8 7 1 nbsp Strukturformel von Ham a nbsp Strukturformel von Ham b nbsp Strukturformel von Ham c nbsp Strukturformel von Ham d nbsp Strukturformel von Ham d1 nbsp Strukturformel von Ham o nbsp Strukturformel von Ham P460 nbsp Strukturformel des SirohamsPhysiologie BearbeitenHame werden in Lebewesen aus den Porphyrinen synthetisiert Die Abbauwege fuhren dagegen uber Biliverdin und Bilirubin zu nicht weiter abbaubaren Tetrapyrrolen den Gallenfarbstoffen die ausgeschieden werden Biosynthese Bearbeiten Hauptartikel Biosynthese der Porphyrine Im menschlichen Korper geht die Biosynthese aller Porphyrine von Succinyl CoA und der Aminosaure Glycin aus Der erste und gleichzeitig geschwindigkeitsbestimmende Schritt wird katalysiert durch das Enzym d Aminolavulinatsynthase und fuhrt zum d Aminolavulinat Pflanzen Algen Bakterien mit Ausnahme der Alphaproteobacterien sowie Archaebakterien konnen d Aminolavulinat auch ausgehend von Glutaminsaure herstellen was als C5 bzw Beale Weg bezeichnet wird Je zwei d Aminolavulinat Molekule werden zum Porphobilinogen kondensiert vier dieser Molekule werden darauffolgend zu Hydroxymethylbilan umgesetzt Weitere Umwandlungen erfolgen schrittweise uber Uroporphyrinogen III und Coproporphyrinogen III zu Protoporphyrinogen IX und Protoporphyrin IX Ham b entsteht durch Einbau von zweiwertigem Eisen in Protoporphyrin IX mithilfe des Enzyms Ferrochelatase nbsp Fe2 nbsp 2H Ham a als Bestandteil der Cytochrom c Oxidase wird beim Menschen in zwei Schritten aus Ham b erzeugt Mittels der mitochondriellen Protoham IX Farnesyltransferase COX10 entsteht zunachst Ham o das mittels eines weiteren Enzyms namens COX15 an der 18 Position hydroxyliert wird als Cofaktoren sind Ferredoxin und die entsprechende Ferredoxin Reduktase notwendig Der letzte Schritt der Umwandlung zum Aldehyd wird von einem im Mensch unbekannten Enzym katalysiert das in Bacillus subtilis als das Genprodukt des ctaA Gens identifiziert wurde 2 3 4 5 nbsp nbsp nbsp Abbau und Ausscheidung Bearbeiten Das Eisenion kann oxidieren wodurch Hamatin entsteht z B im Methamoglobin oder im Methamalbumin Die Abbauprodukte des Hams heissen Gallenfarbstoffe Die Hamooxygenase wandelt das rote Ham noch im Blut unter Sprengung des Porphyrinrings und unter Eisen und Kohlenmonoxidabspaltung zum grunen Biliverdin um Galle besitzt eine typische gelbliche bis grunliche Farbung abhangig vom wechselnden Gehalt an Biliverdin und orange rotem Bilirubin letzteres wird von der Biliverdin Reduktase durch Reduktion aus Biliverdin hergestellt Ausgeschieden werden die Gallenfarbstoffe vorwiegend mit dem Urin als gelbe bis orange Urochrome Sterkobilin Urobilinogen und Urobilin bzw mit dem Kot als Koprochrome ebenfalls Sterkobilin Bilifuscin und Mesobilifuscin nbsp Abbau von Ham b kurz Ham links uber Biliverdin Mitte zu Bilirubin rechts Auch weitere Abbauprodukte des Bilirubins wie das farblose Sterkobilinogen das durch Darmbakterien zu den braunen Dipyrrolen Mesobilifuchsin und Bilifuchsin umgesetzt wird tragen zur normalen Stuhlfarbe bei Teilweise werden Bilirubinabbauprodukte wieder resorbiert und mit dem Urin ausgeschieden Pathologie BearbeitenJedes der bei der Biosynthese und beim Abbau beteiligten Enzyme kann einen Defekt aufweisen was zu jeweils einer typischen erblichen seltenen Stoffwechselstorung fuhrt Die bei der Porphyrinbiosynthese auftretenden Defekte wie auch der Ferrochelatase Mangel werden unter dem Namen Porphyrie zusammengefasst Defekte bei der Ham a Synthese also COX 10 und COX 15 Mangel fuhren dagegen zum Leigh Syndrom Siehe auch BearbeitenHamine Hamatine Chlorophyll darin ist das Eisen Ion des Hams durch ein Magnesium Ion ersetzt Literatur BearbeitenIvano Bertini Biological inorganic chemistry structure and reactivity University Science Books 2007 ISBN 978 1 891389 43 6 P M Jordan Highlights in haem biosynthesis In Curr Opin Struct Biol Bd 4 1994 S 902 911 PMID 7712294 H Panek M R O Brian A whole genome view of prokaryotic haem biosynthesis In Microbiology Bd 148 2002 S 2273 2282 PMID 12177321 Jeremy M Berg John L Tymoczko Lubert Stryer Biochemie 5 Auflage Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg 2003 ISBN 3 8274 1303 6 Weblinks BearbeitenHeme and Porphyrin Metabolism engl Einzelnachweise Bearbeiten A Pallavicini E Negrisolo R Barbato u a The primary structure of globin and linker chains from the chlorocruorin of the polychaete Sabella spallanzanii In J Biol Chem Band 276 Nr 28 Juli 2001 S 26384 26390 doi 10 1074 jbc M006939200 PMID 11294828 M Bugiani V Tiranti L Farina G Uziel M Zeviani Novel mutations in COX15 in a long surviving Leigh syndrome patient with cytochrome c oxidase deficiency In J Med Genet Band 42 Nr 5 Mai 2005 S e28 doi 10 1136 jmg 2004 029926 PMID 15863660 PMC 1736058 freier Volltext A L Sonenshein James A Hoch Richard Losick Bacillus subtilis and its closest relatives ASM Press 2002 ISBN 1 55581 205 8 S 174 M H Barros F G Nobrega A Tzagoloff Mitochondrial ferredoxin is required for heme A synthesis in Saccharomyces cerevisiae In J Biol Chem Band 277 Nr 12 Marz 2002 S 9997 10002 doi 10 1074 jbc M112025200 PMID 11788607 F Fontanesi I C Soto D Horn A Barrientos Assembly of mitochondrial cytochrome c oxidase a complicated and highly regulated cellular process In Am J Physiol Cell Physiol Band 291 Nr 6 Dezember 2006 S C1129 C1147 doi 10 1152 ajpcell 00233 2006 PMID 16760263 physiology org Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Hame Stoffgruppe amp oldid 219685521